專利名稱：：可切換的雙折射柱面透鏡陣列的制作方法可切換的雙折射柱面透鏡陣列本申請是申請日為2004年2月4日、申請?zhí)枮?00480003660.X、發(fā)明名稱為"可切換的雙折射柱面透鏡陣列"的發(fā)明專利申請的分案申請。本發(fā)明涉及的是光學(xué)顯示設(shè)備，尤其是用于顯示設(shè)備的可切換能動透鏡。這種可切換能動透鏡可用來提供可切換二維(2D)/三維(3D)自動立體顯示設(shè)備；可切換高亮度反射型顯示系統(tǒng)；或者，多用戶顯示系統(tǒng)。這些顯示系統(tǒng)可用于計算機(jī)監(jiān)視器、手持型通信裝置、數(shù)碼相機(jī)、膝上型和臺式計算機(jī)、游戲機(jī)、車用以及其他移動顯示應(yīng)用領(lǐng)域。3D顯示正常的人的視覺是有立體感的，即每只眼睛看到的世界的圖像稍有不同。大腦將兩個圖像合并起來(稱為"立體像對")，產(chǎn)生出深度的感覺。對應(yīng)于假若看真實世界的景物會看到的那種情形，三維立體顯示將單獨的、大致平面的圖像重現(xiàn)給各眼睛。大腦再次合成立體像對，而在圖像中產(chǎn)生出深度的表現(xiàn)。圖la以平面視圖的方式顯示出顯示面1中的顯示表面。右眼2看到的是顯示面上的右眼同源像點3，左眼4看到的是顯示面上的左眼同源像點5,從而生成了被屏幕面后面的用戶所接收到的視在像點6。圖lb以平面視圖的方式顯示出顯示面1中的顯示表面。右眼2看到的是顯示面上的右眼同源像點7，左眼4看到的是顯示面上的左眼同源像點8，從而生成了幕面前面的視在像點9。圖lc顯示的是左眼圖像IO和右眼圖像11的形式。在眼圖像IO中的同源像點5位于基準(zhǔn)線12上，右眼圖像11中對應(yīng)的同源像點3相對于基準(zhǔn)線12位于不同的相對位置3上。像點3離開基準(zhǔn)線12的距離13稱為視差，在本情形中，對于將位于屏幕面后面的點來說，該;現(xiàn)差為正視差。對于景物中一般的點來說，在圖la所示立體像對的每個圖像中都有對應(yīng)的點。這些點稱為同源點。兩個圖像之間同源點相對分開的距離稱為視差。零視差的點對應(yīng)著顯示裝置景深面上的點。圖la顯示的是^L差不為零的點出現(xiàn)在顯示裝置的后面，圖lb顯示的是視差不為零的點出現(xiàn)在顯示裝置的前面。同源點分開的大小、到觀看者的距離以及觀看者兩眼分開的距離，產(chǎn)生了在顯示裝置上感覺到的深度量。立體感型顯示裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，指的是用戶戴上某些種類的觀看輔助裝置而將送給左、右眼的圖像實質(zhì)上分開的顯示裝置。例如，觀看輔助裝置可以是將圖像進(jìn)行顏色編碼(即紅色和綠色)的濾色器，可以是按照正交的偏振態(tài)對圖像進(jìn)行編碼的偏振眼鏡，或者可以是將視像與眼鏡快門的打開同步地編碼成圖像時間序列的快門眼鏡。自動立體顯示裝置工作時不需要觀看者戴觀看輔助裝置。在自動立體顯示裝置中，如圖2所示，能夠從在空間中受到限制的區(qū)域看每個視像。圖2a所示的顯示裝置16具有附加的視差光學(xué)元件17。該顯示裝置對于右眼路徑生成右眼圖像18。視差光學(xué)元件17沿著箭頭19所示的方向引導(dǎo)光，在顯示裝置前面的區(qū)域生成右眼觀看窗口20。觀看者將其右眼22置于觀看窗口20的位置。示出了左眼觀看窗口24的位置作為參照。觀看窗口20也可以稱為豎直延伸的光瞳。圖2b示出的是左眼光學(xué)系統(tǒng)。顯示裝置16對于左眼路徑生成左眼圖像26。視差光學(xué)元件17沿著箭頭28所示的方向引導(dǎo)光，在顯示裝置前面的區(qū)域生成左眼觀看窗口30。觀看者將其左眼32置于觀看窗口30的位置。示出了右眼觀看窗口20的位置作為參照。該系統(tǒng)包括顯示裝置和光學(xué)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。從左圖像26來的光送給被稱為觀看窗口30的顯示裝置前受限區(qū)域。如果眼32放在觀看窗口30的位置，那么，觀看者就能夠在整個顯示裝置上看到合適的圖像26。類似地，該光學(xué)系統(tǒng)將用于從右圖像18來的光送給單獨的觀看窗口20。如果觀看者將其右眼22放在該觀看窗口的位置，那么將會在整個屏幕上看到右眼圖像?？偟膩碚f，從任何一個圖像來的光都可以被認(rèn)為被光學(xué)導(dǎo)向(即引導(dǎo))成為了各自的方向分布。圖3以平面視圖的形式示出了顯示裝置16、17在顯示面34中于窗口面42上生成左眼觀看窗口36、37、38和右眼觀看窗口39、40、41。窗口面從顯示裝置分開的距離稱為名義觀看距離43。相對于顯示裝置位于中央位置的觀看窗口37、40處于零級波瓣44,零級波瓣44右側(cè)的觀看窗口36、39處于+1級波瓣46，而零級波瓣44左側(cè)的觀看窗口38、41處于-1級波瓣48。顯示裝置的觀看窗口面表示從顯示裝置開始橫向觀看自由度最大的距離。對于離開窗口面的點來說，如圖3平面視圖所示的那樣，有一個菱形的自動立體觀看區(qū)。如能夠看到的那樣，來自橫跨整個顯示裝置的每一個點的光按照寬度有限的錐形傳播到觀看窗口。錐的寬度可以定位為角寬度。如果在一對觀看區(qū)，例如觀看區(qū)37、40，中的每一個區(qū)上放一只眼睛，那么，在就會在顯示裝置的整個面積上看到自動立體圖像。首先，顯示裝置的縱向觀看自由度取決于這些觀看區(qū)的長度。圖4a中示出的是，對于理想觀看窗口，相對于位置51,橫跨顯示裝置窗口面的強(qiáng)度50的變化(構(gòu)成了一種光方向分布的可感知的形式)。右眼觀看窗口位置強(qiáng)度分布52對應(yīng)于圖3中的觀看窗口41，強(qiáng)度分布53對應(yīng)于觀看窗口37,強(qiáng)度分布54對應(yīng)于觀看窗口40，強(qiáng)度分布55對應(yīng)于觀看窗口36。圖4b示意性地示出了對于更真實觀的看窗口的強(qiáng)度隨位置的分布。右眼觀看窗口位置強(qiáng)度分布56對應(yīng)于圖3中的觀看窗口41,強(qiáng)度分布57對應(yīng)于觀看窗口37，強(qiáng)度分布58對應(yīng)于觀看窗口40,強(qiáng)度分布59對應(yīng)于觀看窗口36。如圖4所示，圖像分開的特性以及顯示裝置橫向、縱向的觀看自由度范圍取決于觀看窗口特性。圖4a顯示的是理想觀看窗口，而圖4b是可能從顯示裝置輸出的實際觀看窗口的示意圖。由于觀看窗口性能不夠，而出現(xiàn)了一些贗像。當(dāng)來自右眼圖像的光被左眼看到時，會發(fā)生串?dāng)_，反之亦然。這就是3D圖像嚴(yán)重惡化的機(jī)理，能夠引起用戶視覺過度疲勞。另外，觀看窗口特性不好還將導(dǎo)致觀看者觀看自由度減小。對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，以優(yōu)化觀看窗口的性能。視差光學(xué)元件可以是視差屏障。如圖5的平面視圖所表示的，顯示裝置包括背光、按行列布置的電可調(diào)節(jié)的象素(已知的空間光調(diào)制器，SLM)陣列、附加到顯示裝置前面的視差屏障。視差屏障依靠的是阻擋來自顯示裝置某些區(qū)域的光，因此，降低了亮度和裝置效率，一般可降低到原始顯示亮度的約2040%。由于對相對于顯示裝置象素結(jié)構(gòu)的屏障子象素對準(zhǔn)允差的要求，不容易拆下并更換視差屏障以優(yōu)化顯示裝置的觀看自由度。2D模式具有一半的分辨率。在本領(lǐng)域中公知的用于立體顯示的另一種類型的視差光學(xué)部件(與視差屏障相比而言)叫做透鏡狀屏幕，它是豎向延伸柱狀微透鏡的陣列。這里使用的術(shù)語"柱狀"具有本領(lǐng)域通常含義，不僅包括精確的球面透鏡形狀，而且還包括非球面透鏡形狀。透鏡的間距對應(yīng)于視點校正條件，即，視差屏障的間距稍小于象素陣列間距的2倍，以將來自每個象素的光導(dǎo)向到觀看窗口。在這種顯示裝置中，每個立體像對圖像的分辨率是基本LCD水平分辨率的一半，并且產(chǎn)生兩個視像。設(shè)定透鏡的曲率主要是為了在窗口面上生成LCD象素的圖像。當(dāng)透鏡匯集來自象素的錐形光并將它分布到觀看窗口上時，透鏡顯示裝置具有基本面板的全部亮度。圖6所示為使用透鏡陣列的透鏡顯示裝置的典型結(jié)構(gòu)。背光60產(chǎn)生光輸出62，光輸出62入射到LCD輸入偏振器64上。該光透過TFTLCD基底66,然后入射到在LCD象素面67上按行列布置的中繼象素陣列。紅色象素68、71、73、綠色象素69、72、75和藍(lán)色象素70、73中的每一個象素都包括獨立受控的液晶層，而且這些象素由稱作黑屏蔽的不透明屏蔽區(qū)域76分開。各象素包括透射區(qū)域或者象素孔徑78。通過象素的光在相位上受到LCD象素面74上的液晶材料的調(diào)制，在顏色上受到位于LCD濾色器基底80的濾色器的調(diào)制。該光然后經(jīng)過輸出偏振器82，輸出偏振器82的后面放置的是視差屏障84和視差屏障基底86。視差屏障84包括被豎向延伸的不透明區(qū)域分開的豎向延伸的透射區(qū)域陣列，用來如光線88所示將光從交替的象素列69、71、73、75引導(dǎo)向右眼,如光線90所示將光從中間的列68、70、72、74引導(dǎo)向左眼(這種整個的光方向圖案形成了光方向分布的另一個例子)。觀看者看到照亮了屏障孔徑92的來自層下象素的光。該光然后經(jīng)過透鏡狀屏幕基底94和形成在透鏡狀屏幕基底94的表面上的透鏡狀屏幕96。就視差屏障來說，透鏡狀屏幕94用來如光線88所示將光從交替的象素列69、71、73、75引導(dǎo)向右眼，如光線90所示將光從中間的列68、70、72、74引導(dǎo)向左眼。觀看者看到照亮了透鏡屏幕96的各小透鏡的孔徑98的來自層下象素的光。被捕獲的光錐范圍由被捕獲的光線100示出。AcademicPress1976中T.Okoshi的"ThreeDimensionalImagingTechniques"描述了透鏡顯示裝置。US4,959，641描述了使用空間光調(diào)制器這樣一種類型的透鏡顯示裝置，具體地說是空氣中的非開關(guān)型的透鏡狀元件。SPIEProceedingsVol.2653中第32頁到第39頁7厶開的"multiview3D-LCD"，描述了一種透鏡顯示裝置，它使用相對于顯示裝置的象素列傾斜的柱狀透鏡。上面描述的平板顯示裝置的觀看自由度受到顯示裝置觀看窗口結(jié)構(gòu)的限制。EP0，829，743中描述了一種顯示裝置，其中，通過測量觀看者的位置并相應(yīng)地移動視差元件，來增強(qiáng)觀看自由度。這種觀看者測量設(shè)備和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)價格昂貴而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在例如EP0，721,131中描述了一種顯示裝置，其中，觀看窗口光學(xué)結(jié)構(gòu)是不變的(例如固定的視差光學(xué)顯示裝置)，而圖像數(shù)據(jù)根據(jù)測量到的觀看者的位置進(jìn)行切換，這樣，觀看者總能看到基本上沒有畸變的圖像。如上所述，使用視差光學(xué)元件來生成空間多路復(fù)用的3D顯示，將每個圖像的分辨率限制到最好為整個顯示分辨率的一半。在許多應(yīng)用場合，想在3D模式下使用這種顯示裝置一小段時間，并要求具有全分辨率、沒有贗像的2D模式。Proc,SPIEvol.1915StereoscopicDisplaysandApplicationsIV(1993)中第177到186頁,"DevelopmentsinAutostereoscopicTechnologyatDimensionTechnologyInc.",1993,描述了一種類型的顯示裝置，其中去掉了視差光學(xué)元件的效果。在這種情況下，將一種可切換的漫射器放在光學(xué)系統(tǒng)中，用來形成光排。這種可切換的漫射器可以是例如聚合物彌散型液晶型，其中，在將所施加的電壓施加到這種材料上時，分子排列會在散射模式和非散射模式之間切換。在3D模式，漫射器是清亮的，生成的光排能夠產(chǎn)生后視差屏障的效果。在2D模式，漫射器散射，光排不復(fù)存在，而產(chǎn)生了均勻光源的效果。按照這種方式，顯示裝置的輸出基本上為Lambertian,觀看窗口也不復(fù)存在了。于是，觀看者會看到成為全分辨率2D顯示的顯示裝置。這種顯示裝置在3D模式下會受到Fresnel衍射贗像的影響，在漫射器清亮狀態(tài)下還會受到不希望有的殘留散射的影響，這將增加顯示裝置的串?dāng)_。所以，這種顯示裝置可能表現(xiàn)出更高的視覺過度疲勞的程度。在EP0，833,183中公開的另一種類型的可切換2D-3D顯示裝置中，在顯示裝置的前面放置的第二LCD用作視差光學(xué)元件。在第一模式中，視差LCD是清亮的，因此，不產(chǎn)生觀看窗口，而以2D的形式看圖像。在第二模式中，該裝置進(jìn)行切換而生成視差屏障的縫。然后產(chǎn)生輸出觀看窗口，因而圖像顯現(xiàn)為3D。這種顯示裝置由于使用了兩個LCD元件而增加了成本和復(fù)雜性，并且降低了亮度或者增加了功耗。如果視差屏障用作反射模式的3D顯示系統(tǒng)中，就會由于顯示裝置中和顯示裝置外的視差屏障的擋光區(qū)域?qū)獾乃p而導(dǎo)致亮度非常差。在EP0，829,744中公開的另一種類型的可切換2D-3D顯示裝置中，視差屏障包括半波延遲器元件的圖案化陣列。延遲器元件的圖案對應(yīng)于視差屏障元件中屏障縫和吸收區(qū)域的圖案。在3D工作模式下，將偏振器加到顯示裝置上，對圖案化的延遲器的縫進(jìn)行解析。按照這種方式，形成了吸收性的視差屏障。在2D工作模式下，因為不涉及任何偏振特征，所以完全去掉偏振器。因此，顯示裝置的輸出是全分辨率和全亮度。一個缺點是，這種顯示裝置使用的是視差屏障技術(shù)，因此在3D工作模式下會被限制到大約2030%的亮度。另外，這種顯示裝置會由于屏障孔的衍射而使觀看自由度和串?dāng)_的改進(jìn)受到限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，為了切換光的方向，提供了電可切換的雙折射透鏡。使用這種透鏡來使顯示裝置在2D工作模式和3D工組模式之間進(jìn)行切換，是已知的。例如，EuropeanOpticalSocietyTopicalMeetingDigestSeries:13,15-16May1997,L.G.Commander等人的"Electrodedesignsfortuneablemicrolens，，,第48到58頁，描述了電可切換的雙折射液晶微透鏡。在US6,069,650和98/21620中公開了另一種類型的可切換2D-3D顯示裝置，其使用了包括填充有液晶材料的透鏡狀屏幕的可切換微透鏡，來改變透鏡狀屏幕的光功率。US6，069，650和98/21620教導(dǎo)在透鏡狀屏幕中使用光電材料，通過選擇性施加第一值和第二值之間的電勢，這種透鏡狀屏幕的折射率是可以變換的。施加第一值電勢能夠提供透鏡狀裝置的光輸出引導(dǎo)作用，施加第二值電勢能夠去掉光輸出引導(dǎo)作用。SID97DIDEST第273到276頁的S.Suyama等人的"3DDisplaySystemwithDualFrequencyLiquidCrystalVarifocalLens",描述了一種包括液晶Fresnel透鏡的3D顯示裝置。根據(jù)第一方面，本發(fā)明規(guī)定了顯示裝置輸出和能動透鏡中對準(zhǔn)方向之間的偏^展匹配。按照本發(fā)明第一方面的一種形式，提供了一種可切換雙折射透鏡陣列，用于產(chǎn)生基本上為線偏振輸出的顯示設(shè)備。該透鏡陣列包括雙折射材料，設(shè)置在平面和起伏面之間，所述起伏面限定出柱狀透鏡陣列；電極，用來在所述雙折射材料上施加控制電壓，使所述雙折射材料在第一模式和第二模式間電切換，所述透鏡陣列能夠設(shè)為所述第一模式，改變按預(yù)定方向偏振的入射光的方向分布，所述透鏡陣列能夠設(shè)為所述第二模式，對于按所述預(yù)定方向偏振的入射光基本上沒有作用，其中，在所述第一模式下，在所述起伏面上，所述雙折射材料平行于所述柱狀透鏡的幾何軸線取向；在所述第一模式下，在所述平面上，所述雙折射材料按預(yù)定角度平行于所述平面取向，使在所述第一模式下，所述取向方向在所述平面和所述起伏面之間是扭曲的。雙折射材料的取向方向平行于柱狀透鏡的幾何軸線是有好處的，因為這樣能夠避免取向?qū)颖砻婺芎捅砻嫫鸱Y(jié)構(gòu)取向表面能之間的沖突而導(dǎo)致的起伏面上的位錯。這些位錯會造成散射，增加光串?dāng)_，減小透鏡對比度和/或增加馳豫時間。這樣做還能夠筒化制造，允許使用已知的制造技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明第一方面的透鏡陣列所具有的意想不到的優(yōu)點是，在實際系統(tǒng)中，因為雙折射材料的光學(xué)厚度大，所以在雙折射材料中會發(fā)生基本上沒有色差的偏振導(dǎo)向。換言之，當(dāng)光通過雙折射材料時，偏振方向會旋轉(zhuǎn)。這種導(dǎo)向作用能夠用來控制透鏡陣列中器件的偏振方向。透鏡陣列對偏振方向的這種旋轉(zhuǎn)意味著不需要在顯示裝置和能動透鏡之間額外設(shè)置波片(盡管可以選擇加一個或者多個波片)，因此，在第一工作模式下減小了元件的觀看距離，并降低了器件的成本。這種取向可以通過任何合適的手段來提供，例如取向?qū)印０凑毡景l(fā)明第一方面的另一種形式，提供了一種有方向性的顯示設(shè)備，其包括基本上為線偏振的輸出顯示裝置；可切換的雙折射柱狀透鏡，其能夠按第一方式布置，以改變所述偏振輸出顯示裝置的方向分布，其還能夠按第二方式布置，基本上不改變所述顯示裝置的方向分布，所述可切換的雙折射柱狀透鏡包括表面起伏層，限定出柱狀微透鏡陣列；取向?qū)?，形成在所述表面起伏層上，使得所述表面起伏層上的雙折射材料在所述第一工作方式下的取向基本上平行于所述柱狀透鏡的幾何軸線，電極層，布置成使所述雙折射材料至少在分別針對所述第一、二方式的第一、二方向之間進(jìn)行切換，所述雙折射材料在平面基底上的取向是同所述顯示裝置的輸出偏振一起實現(xiàn)的，使得在所述第一工作模式下，所述偏振經(jīng)過所述雙折射材料傳輸，并進(jìn)行扭曲以基本上平行于所述表面起伏層上的所述柱狀微透鏡陣列的幾何軸線。優(yōu)選地，使用下面的一個或者多個可選特征所述雙折射材料是液晶；偏振；基本偏振的顯示裝置可包括部分偏振或者不偏振的顯示器和偏振器元件；所述顯示裝置可以是用于無顯示方向性切換應(yīng)用場合的空間光調(diào)制器；在所述第一模式下經(jīng)過透鏡時偏振態(tài)發(fā)生扭曲；所述偏振態(tài)的扭曲為45度、-45度或者135度；可以在所述顯示裝置和所述能動透鏡之間加額外的波片，使所述基本偏振的顯示裝置的輸出偏振旋轉(zhuǎn)。于是，下面描述的本發(fā)明的實施方式具有下述的一個或者多個優(yōu)點液晶的取向方向能夠平行于表面起伏柱狀微透鏡的幾何軸線；透鏡表面能夠方便地使用公知的表面取向技術(shù)來制造；在顯示裝置和能動透鏡之間不需要額外的波片，因此，能夠縮短在3D工作模式下的元件觀看距離，并能夠降低裝置成本；不會由于取向?qū)颖砻婺芎捅砻嫫鸱Y(jié)構(gòu)取向表面能的竟?fàn)幎谇袚Q透鏡中發(fā)生向錯；會優(yōu)化能動透鏡胞的對比度；使切換響應(yīng)時間最短；使透鏡元件的退化最少，因此，顯示裝置能夠均勻地切換；本發(fā)明意料不到的優(yōu)點是，由于在實際系統(tǒng)中透鏡的光學(xué)厚度較大，所以，在透鏡中會發(fā)生偏振的導(dǎo)向。這種導(dǎo)向效果能夠用來控制能動透鏡中裝置的偏振；顯示裝置利用固定的液晶顯示輸出偏振態(tài)能夠在2D和3D模式下產(chǎn)生高亮度。按照第二方面，本發(fā)明提供了具有垂面取向的雙折射材料的透鏡陣列。按照本發(fā)明第二方面的一種形式，提供了一種用于顯示設(shè)備的可切換雙折射透鏡陣列，用來產(chǎn)生基本上線偏振的輸出，該透鏡陣列包括雙折射材料，布置在表面之間，至少一個表面是起伏面，限定柱狀透鏡陣列；電極，用來在所述雙折射材料上施加控制電壓，以使所述雙折射材料在第一模式和第二模式之間進(jìn)行電切換，所述透鏡陣列按照所述第一模式布置能夠改變按預(yù)定方向偏振的入射光的方向分布，所述透《竟陣列按照所述第二模式布置對按所述預(yù)定方向偏振的入射光基本上沒有影響，其中，所述雙折射材料在所述至少一個起伏面上是垂面取向的。這種透鏡陣列的優(yōu)點是，它的構(gòu)造使其在所述第二工作模式下不需要功耗。這是因為，在沒有控制電壓時，雙折射材料平行于光軸取向，因此，在所述起伏面，光經(jīng)歷的是雙折射材料的正常折射率，這對于所述第二工作模式最為方便，在第二工作模式中，這時，對入射光基本上沒有影響。例如，在能夠在2D模式和自動立體3D模式之間切換的顯示裝置中，這意味著2D模式不需要功耗。因此，2D電池工作時間不會受到影響。在能動透鏡中，因為透鏡的深度趨向于數(shù)十微米的量級，所以，需要施加來切換胞厚度部分的電壓大大超過了標(biāo)準(zhǔn)液晶胞的工作電壓，例如，對于5iam厚的胞為5V。因此，對于這種透鏡胞在驅(qū)動模式下液晶的功耗，顯著高于使用相同液晶和驅(qū)動頻率的標(biāo)準(zhǔn)5nm厚LCD的功耗。因此，不希望具有2D驅(qū)動模式。如果透鏡切換被破壞，那么，缺省工作模式是在2D模式，這樣，將會看到不會使圖像變差。在3D模式下，通過改變電壓能夠調(diào)節(jié)透鏡的焦距，以適應(yīng)于所期望的窗口外形。這種取向可以用任何合適的手段來提供，例如取向?qū)?。垂面取向?qū)幽軌蚴褂萌菀椎玫降木酆衔锊牧蟻硇纬赏哥R表面，折射率不會過高。這種聚合物材料不會發(fā)生成本高、毒性大、工藝狀況苦難等問題。按照本發(fā)明第二方面的另一種方式，提供了一種包括可切換雙折射透鏡的光學(xué)切換設(shè)備，該可切換雙折射透鏡包括雙折射光學(xué)材料和第一基底，其中第一垂面取向?qū)有纬稍诒砻嫫鸱Y(jié)構(gòu)上；所述雙折射材料的介電各向異性小于零，使得當(dāng)電場施加到胞上時，可切換透鏡工作在第一方式，當(dāng)沒有電池施加到胞上時，可切換透鏡工作在第二方式。優(yōu)選地，可使用下面的一個或者多個可選特征平行于微透鏡的幾何軸線；所述取向是通過所述取向?qū)泳黄珘禾峁┑模凰鋈∠蚴峭ㄟ^溝槽結(jié)構(gòu)提供的均一偏壓提供的；在平面基底上的取向是垂面的，是均一的，包括垂面和均一取向，使其在第一模式表現(xiàn)出均一取向性質(zhì)，而在第二模式表現(xiàn)出垂面取向性質(zhì)，在第一工作模式下使入射偏振態(tài)扭曲，使得在所述表面起伏結(jié)構(gòu)上的偏振態(tài)平行于雙折射透鏡的光軸；波片位于顯示裝置和平面基底之間，使平面基底上的偏振角度平行于表面起伏基底上的偏振角度。按照本發(fā)明第三發(fā)明的一種形式，提供了一種顯示設(shè)備，其包括顯示裝置，其具有空間光調(diào)制器和輸出偏振器；電可切換的雙折射透鏡陣列，其布置成接收來自于所述空間光調(diào)制器的光，其中，所述透鏡陣列布置在所述顯示裝置的所述空間光調(diào)制器和所述輸出偏振器之間。與輸出偏振器緊接著布置在作為其一般位置的空間光調(diào)制器輸出側(cè)相比，這種顯示裝置的觀看距離縮短了。這是因為，在空間光調(diào)制器和透鏡陣列之間沒有輸出偏振器，使得二者間的距離變短。本發(fā)明的第三方面可應(yīng)用于包括空間光調(diào)制器和輸出偏振器的任何類型的顯示裝置。對于液晶調(diào)制器等空間光調(diào)制器尤其有利?？臻g光調(diào)制器布置成對入射光的偏振進(jìn)行相位調(diào)制，并使每個象素處的光偏振主軸橢圓化和旋轉(zhuǎn)調(diào)一下制量，輸出偏振器被用于選擇以預(yù)定方向偏振的光，于是，橢圓化和旋轉(zhuǎn)的量對輸出光的輻值進(jìn)行調(diào)制。不過，本發(fā)明第三發(fā)明還可以應(yīng)用于發(fā)光型空間光調(diào)制器，或者，例如產(chǎn)生非偏振輸出的空間光調(diào)制器，輸出偏振器用來使輸出偏振；例如產(chǎn)生偏振輸出的空間光調(diào)制器，輸出偏振器是掃尾工作的偏振器。按照本發(fā)明第三方面的另一種形式，提供了一種有方向性的顯示設(shè)備，其包括基本上線偏振的輸出顯示裝置；能動透鏡，包括可切換的雙折射柱狀透鏡，所述柱狀透鏡能夠按第一方式布置，改變所述偏振輸出顯示裝置的方向分布，還能夠按第二方式布置，不改變所述顯示裝置的方向分布，其中，所述能動透鏡位于象素面和所述顯示裝置的輸出偏振器之間。按照本發(fā)明第四方面的一種形式，提供了一種顯示設(shè)備，其包括發(fā)光型空間光調(diào)制器，布置成輸出在該空間光調(diào)制器的各象素處被基本上線偏振的光；電可切換的雙折射透鏡陣列，布置成接收來自所述空間光調(diào)制器的光。按照本發(fā)明第四方面的另一種形式，提供了一種發(fā)光型光方向切換設(shè)備，其包括光切換設(shè)備，包括可切換的雙折射透鏡，該雙折射透鏡包括可切換雙折射光學(xué)材料；發(fā)光型空間光調(diào)制器設(shè)備，包括發(fā)光象素區(qū)域陣列，每個區(qū)域具有基本上偏振的光學(xué)輸出。這種顯示設(shè)備能夠構(gòu)造成具有高光學(xué)效率。按照本發(fā)明第五方面的一種形式，提供了一種用于顯示設(shè)備的能動雙折射透鏡陣列設(shè)備，其包括雙折射材料和基本各向同性材料，二者之間具有起伏面，限定透鏡陣列；電極，用來在所述雙折射材料上施加控制電壓，以在第一才莫式和第二模式之間電切換所述雙折射材料，所述透鏡陣列能夠按所述第一模式布置，改變按預(yù)定方向偏振的入射光的方向分布，所述透鏡陣列能夠按所述第二模式布置，基本上對按所述預(yù)定方向偏振的入射光沒有影響；電壓控制器，用來控制電極上的電壓，以在所述第一模式和所述第二模式之間切換，所述電壓控制器布置成調(diào)節(jié)在所述第一、二模式中施加的電壓，以補(bǔ)償所述透鏡陣列設(shè)備的溫度變化。各向同性材料的折射率還有雙折射材料的正常、異常折射率都隨著溫度變化。因此，設(shè)計成在一個溫度下工作的透鏡陣列在其他溫度下可能具有差的光學(xué)特性。但是，電壓控制能夠補(bǔ)償隨溫度的這種變化，這樣能夠改進(jìn)光學(xué)性能，使透鏡陣列能夠在更寬的工作溫度范圍上工作。在一種類型的設(shè)備中，使用溫度傳感器來感測透鏡陣列設(shè)備的溫度，根據(jù)所述溫度傳感器感測到的溫度，所布置的電壓控制器調(diào)節(jié)在所述第一、二模式中施加的電壓，以補(bǔ)償所述透鏡陣列設(shè)備的溫度變化。這種類型的設(shè)備的優(yōu)點是提供了對溫度改變的自動補(bǔ)償。在另一種類型的設(shè)備中，輸入裝置允許用戶輸入電壓調(diào)整，根據(jù)輸入到所述輸入裝置的電壓調(diào)整，所布置的電壓控制器調(diào)節(jié)在所述第一、二模式中;^力口的電A。這種類型的設(shè)備具有簡單的優(yōu)點。有益的是，在溫度低于至少25攝氏度的限定值時，所述各向同性材料的一般情況是，在一般的設(shè)計溫度20攝氏度時，各向同性材料的折射率等于雙折射材料的正常折射率(或者，在其他材料的系統(tǒng)中，等于雙折射材料的異常折射率)。與這種一般情況相比，在各向同性材料的折射率高于雙折射材料的正常折射率(或者低于雙折射材料的異常折射率)的情況下，溫度范圍增加了。但是，在這個范圍內(nèi)，通過調(diào)整雙折射材料的有效折射率，電壓控制器能夠補(bǔ)償溫度的變化，所以，該特征有效地增加了工作溫度范圍。限定值可以大于25攝氏度，以進(jìn)一步增加工作溫度范圍。有益的是，能動雙折射透鏡陣列設(shè)備用于還包括空間光調(diào)制器的顯示設(shè)備中。該空間光調(diào)制器與能動雙折射透鏡陣列設(shè)備串聯(lián)布置。其中，在溫度低于至少25攝氏度的限定值時，透鏡陣列在第一模式下的功率大于透鏡陣列提供空間光調(diào)制器最佳聚焦所需功率。一般情況是，在20攝氏度的一般設(shè)計溫度時，透鏡陣列在第一模式的功率設(shè)計成提供最佳聚焦。與這種一般情況相比，在透鏡陣列在第一模式下的功率對于最佳聚焦來說太強(qiáng)了的情況下，溫度范圍增加了。但是，在這個范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)雙折射材料的有效折射率，電壓控制器能夠減小功率，使透鏡陣列的聚焦向著最佳聚焦調(diào)節(jié)，所以，該特征有效地增加了工作溫度范圍。限定值可以大于25攝氏度，以進(jìn)一步增加工作溫度范圍。按照本發(fā)明第五方面的另一種形式，提供了一種用于顯示設(shè)備的能動雙折射透鏡陣列，其包括雙折射材料和基本各向同性的材料，二者之間具有起伏面，限定出透鏡陣列；電極，用來在所述雙折射材料上施加控制電壓，以在第一模式和第二模式之間電切換所述雙折射材料，所述透鏡陣列能夠按所述第一模式布置，改變按預(yù)定方向偏振的入射光的方向分布，所述透鏡陣列能夠按所述第二模式布置，基本上對按所述預(yù)定方向偏振的入射光沒有影響，其中，所述各向同性材料的折射率等于在高于20攝氏度或者在或者高于20攝氏度是通常用作顯示設(shè)備設(shè)計溫度的一般室溫。取決于材料的不同，各向同性材料的折射率基本上等于雙折射材料的正常折射率或者異常折射率之一。通過選擇材料，可以選定各向同性材料的折射率精確等于雙折射材料的折射率之一的溫度作為設(shè)計溫度。按照本發(fā)明第五方面的這種形式，上述溫度并不是通常的設(shè)計溫度20攝氏度，而是更高些，一般在25攝氏度或者高于25攝氏度的溫度。進(jìn)行這種選擇所基于的理解是，顯示設(shè)備更經(jīng)常地使用在高于通常設(shè)計溫度20攝氏度的溫度。因此，提高各向同性材料的折射率精確等于雙折射材料相關(guān)折射率的溫度，實際上，在顯示設(shè)備一般性使率。、"'"'、'"'、、''利用目前優(yōu)選的材料，各向同性材料的折射率基本上等于雙折射材料的正常折射率，并在20攝氏度以上的溫度精確地相等。然而，利用其他材料，各向同性材料的折射率可以基本上等于雙折射材料的異常折射率，并在20攝氏度以上的溫度精確地相等。因此，總的來說，本發(fā)明任何一個方面的任何一個特征都可以應(yīng)用于本發(fā)明的任何一個其他方面。在本發(fā)明的全部方面中，適用下面的評述。透鏡陣列可以和任何類型的顯示設(shè)備一起使用，生成基本線偏振輸出，例如透射型空間光調(diào)制器由具有偏振器的背光照亮，使輸出偏振；或者發(fā)光型空間光調(diào)制器，其本身是不偏振的，但設(shè)有偏振器或者可使其偏振?？偟膩碚f，顯示裝置可以采用任何類型的空間光調(diào)制器來調(diào)制每個象素的光，包括透射型、發(fā)光型或者反射型，或者甚至它們的組合。透鏡陣列按所述第一模式布置來改變?nèi)肷涔獾姆较蚍植肌＿@可以用來達(dá)到各種不同效果，包括但不限制于提供3D自動立體效果；高亮度區(qū)域；或者多用戶顯示系統(tǒng)。因此，這種裝置可以用于自動立體顯示裝置，其能夠在一種工作模式下很方便地提供能夠由未經(jīng)輔助的眼睛看到的、運動的全彩色3D立體圖像，能夠在第二工作模式下很方便地提供全分辨率的2D圖像；可切換的高亮度透反型和反射型顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)在第一模式下可表現(xiàn)出基本上沒有方向性的亮度性能，在第二模式下可表現(xiàn)出基本上有方向性的亮度性能；或者多觀看者顯示裝置，其在一種工作模式下，能夠方便地將一個運動的全彩色2D圖像提供給一個觀看者，將至少一個不同的第二2D圖像提供給至少一個第二觀看者，在第二工作模式下，能夠方便地提供能夠被所有觀看者看到的全分辨率2D圖像。本發(fā)明的實施方式能夠提供下面的優(yōu)點，單獨地或者以任何組合地提供下面的優(yōu)點。本發(fā)明能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的自動立體3D圖像和全分辨率2D圖像，圖像串?dāng)_水平低而且亮度高。本發(fā)明還能夠產(chǎn)生有方向性的多觀看者顯示，這種顯示能夠在2D模式和圖像(可以是不同的)可以由不同的觀看者從寬方向范圍看到的模式之間切換。通過將微透鏡布置在玻璃基底的內(nèi)側(cè)，能夠使透鏡表面的反射最小，并能夠?qū)敵霰砻?可以是平面的)進(jìn)行抗反射涂覆。有益的是，高亮度透反性或者反射性顯示裝置具有第一模式，具有如顯示裝置反射器材料所限定的那樣的基本上沒有方向性的特性。該顯示裝置在第二模式下具有有方向性的亮度特性，使得從限定的角度范圍看，顯示裝置亮度更大些。這種顯示裝置按照全彩色方式工作，能夠用來增加反射和透射這兩種工作模式的亮度。多觀看者顯示裝置的構(gòu)造方式是，在一種工作模式下所有的觀看者都能夠看到相同的圖像，在第二工作模式下，不同的觀看者能夠看到不同的圖像，以實現(xiàn)顯示裝置的多樣性的同時使用。這樣，通過使每個觀看者能夠從相同顯示單元看到它們愿意選擇的圖像，能夠減少在一個環(huán)境中所需的顯示裝置和顯示裝置驅(qū)動器的數(shù)量。這種顯示裝置尤其適用于汽車顯示裝置、自動播音機(jī)器和座位后航空休閑顯示裝置等系統(tǒng)。下面參照附圖僅僅以舉例的方式來描述本發(fā)明的實施方式。在附圖中，圖la所示為對于屏幕面后面的物體在3D顯示裝置中產(chǎn)生的視在深度；圖lb所示為對于屏幕面前面的物體在3D顯示裝置中產(chǎn)生的視在深度；圖lc所示為立體圖像對的每個圖像上對應(yīng)同源點的位置；圖2a示意性地示出了在自動立體3D顯示裝置前面形成右眼觀看窗口；圖2b示意性地示出了在自動立體3D顯示裝置前面形成左眼觀看窗口；圖3以平面視圖的形式示出了從3D顯示裝置的輸出錐形成觀看區(qū)域；圖4a所示為自動立體顯示裝置的理想窗口形狀；圖4b所示為來自自動立體3D顯示裝置的觀看窗口輸出外形的示意圖；圖5所示為視差屏障顯示裝置的結(jié)構(gòu)；圖6所示為透鏡狀屏幕顯示裝置的結(jié)構(gòu)；圖7a所示為在第一橫截面處透鏡陣列的兩個柱狀透鏡，其中，液晶取向在透鏡的兩個表面上都是均一的；圖7b所示為在與圖7a的橫截面垂直的第二橫截面處圖7a的兩個柱狀透鏡；圖7c按照與圖7b相同的視圖示出了另一種布置方式，其中，尖頭基本上接觸平面，電極形成在表面起伏面上；圖8a所示為對于能動透鏡自動立體3D顯示裝置的取向和偏振的方向；圖8b所示為對于能動透鏡亮度增強(qiáng)顯示裝置的取向和偏振的方向；圖8c所示為對于扭曲能動透鏡自動立體3D顯示裝置的取向和偏振的方向；圖8d所示為對于扭曲能動透鏡自動立體3D顯示裝置的另一種取向和偏4展的方向；圖9a所示為在第一橫截面處透鏡陣列的兩個柱狀透鏡，其中，液晶取向在透鏡的兩個表面上都是垂直的；圖9b所示為在與圖9a的橫截面垂直的第二橫截面處圖9a的兩個柱狀透鏡；圖10a所示為對于包含有垂面取向?qū)拥哪軇油哥R自動立體3D顯示裝置的取向和偏纟展的方向；圖10b所示為對于包含有均一和垂面取向?qū)拥哪軇油哥R自動立體3D顯示裝置的取向和偏振的方向；圖lla所示為在第一橫截面處透鏡陣列的兩個柱狀透鏡，其中，液晶取向在能動透鏡的一個表面上是垂面的，在第二表面上是均一的；圖llb所示為在與圖lla的橫截面垂直的第二橫截面處圖lla的兩個柱狀透鏡；圖12所示為對于包含有垂面和均一取向?qū)拥哪軇油哥R自動立體3D顯示裝置的取向和偏振的方向；圖13a所示為在第一橫截面處透鏡陣列的兩個柱狀透鏡，其中，液晶取向在能動透鏡的一個表面上是垂面的和均一的；圖13b所示為在與圖13a的橫截面垂直的第二橫截面處圖13a的兩個柱狀透鏡；圖14以剖視圖的方式示出了帶內(nèi)部偏振器的能動透鏡自動立體3D顯示裝置的結(jié)構(gòu)；圖15以剖視圖的方式示出了帶外部偏振器的能動透鏡自動立體3D顯示裝置的結(jié)構(gòu)；圖16所示為對于帶外部偏振器的能動透鏡自動立體3D顯示裝置的取向和偏l展的方向；圖17所示為帶偏振化發(fā)光顯示裝置的能動透鏡自動立體3D顯示裝置；圖18所示為能動透鏡增強(qiáng)亮度的反射型顯示裝置；圖19所示為對于能動透鏡增強(qiáng)亮度的反射型顯示裝置的取向和偏振方向；圖20所示為對于透鏡幾何軸線傾斜的能動透鏡的取向和偏振方向；圖21所示為一種可切換的自動立體顯示裝置，其中能動透鏡位于發(fā)光型顯示裝置和輸出偏振器之間；圖22示意性地示出了對于透鏡材料的折射率隨溫度的變化；圖23所示為使透鏡胞驅(qū)動電壓優(yōu)化的控制設(shè)備；圖24示意性地示出了對于2D模式針對透鏡材料利用溫度對透鏡有效折射率的控制；圖25示意性地示出了對于3D模式針對透鏡材料利用溫度對透鏡有效折射率的控制。各實施方式中的一些實施方式采用了共同的元件。為了簡化起見，這些共同元件以共同的附圖標(biāo)記給出，對它們的描述也不再重復(fù)。另外，對各個實施方式中的元件所進(jìn)行的描述等同地適用于其他實施方式中的相同元件，而且這些元件具有相應(yīng)的效果，但細(xì)節(jié)上有所改變。還有，圖中表示的是作為顯示裝置的實施方式，但為清晰起見僅僅表示出顯示裝置的一部分。實際上，在顯示裝置的整個面積上，這種結(jié)構(gòu)是重復(fù)的。在本說明書中，雙折射材料的光軸的方向(指向矢方向或者異常軸方向)將被稱作雙折射光軸。這不應(yīng)該與透鏡光軸混淆。透鏡光軸是利用幾何光學(xué)按照一般方式定義的。柱狀透鏡所描繪的透鏡中，邊緣(具有曲率半徑并可具有其他的非球面分量)沿著第一直線方向伸展。微透鏡幾何軸線定義成順著第一直線方向沿透鏡中心的直線，即平行于上述邊緣的伸展方向。在2D-3D型顯示裝置中，微透鏡幾何軸線是豎直的，因此，平行于顯示裝置的象素列。在這里所描述的亮度增強(qiáng)的顯示裝置中，微透鏡幾何軸線是水平的，因此，平行于顯示裝置象素行。在所有的應(yīng)用場合中，當(dāng)談到材料沿某個方向取向時，可以是預(yù)先傾斜以防止胞質(zhì)量變差。在這種情況下，保持基本的取向，盡管不是最好的。在本申請文件中，SLM(空間光調(diào)制器)包括液晶顯示裝置等"光閥"裝置以及電致發(fā)光顯示裝置、LED顯示裝置等發(fā)光型裝置。在各顯示設(shè)備中，透鏡間距對應(yīng)于視點校正條件，即，視差屏障的間距稍小于象素陣列間距的2倍，以將光從各象素導(dǎo)向觀看窗口。在下面的實施方式中，聚合物材料用作各向同性材料，但是原則上講，聚合物以外的材料也能夠使用，例如玻璃。在使用玻璃的情況下，可以通過蝕刻來形成起伏面。零扭曲能動透鏡透鏡。圖6的固定透鏡94、98可以用本發(fā)明的能動透鏡代替，有利于允許在例如全分辨率2D沖莫式和自動立體3D模式之間切換。圖7a和7b分別示出了被稱作能動透鏡的一種類型的可切換雙折射透鏡陣列的各個側(cè)面。這種透鏡包括細(xì)長柱狀透鏡陣列。為清晰起見，圖7a和圖7b都表示出了第一柱狀透鏡和第二柱狀透鏡。第一柱狀透鏡位于電極110和115之間，電極110和115上沒有施加控制電壓。第二柱狀透鏡位于電極112和114之間，電極112和114上施加有控制電壓。第一基底102和第二基底104之間夾有雙折射材料106。第一基底102上形成有表面起伏面108。結(jié)構(gòu)108可以由基本上各向同性的材料構(gòu)成。這樣，雙折射材料106在第一基底102和結(jié)構(gòu)108附近具有起伏面，而在第二基底104附近具有平面。電極層110和112形成在基底102上，電極層114和115形成在基底104上。這些電極例如可以是氧化銦錫(ITO)等透明電極。電極110和112交替地形成在透鏡結(jié)構(gòu)108的表面上。為了解釋效果，電極llO、112和電極114、115表示成單獨的元件，這樣，能夠在相同圖像的不同部分對于不同電場表示出液晶的切換。在實際的裝置中，兩個基底上的電極可以分段的，使不同的透鏡區(qū)能夠獨立地控制為2D或者3D;這些電極也可以在整個顯示區(qū)上成為單一元件。具體地說，透鏡陣列可以是現(xiàn)有技術(shù)公知的無源多路尋址類型的透鏡陣列。利用分隔球、分隔纖維、分隔肋或者其他公知的分隔技術(shù)，可以將透鏡與第二基底104分隔開。另外一種方案是，透鏡可以落在平面上。有利的是，這樣做不再需要分隔件，但會減小透鏡的起作用的孔徑。在電極110和115之間的間隙中，雙折射分子由正介電各向異性的向列液晶材料表示，在胞上沒有施加電場。通過表面起伏結(jié)構(gòu)108和第二基底104上的均一取向?qū)?16和108，液晶分子的方向矢基本上沿著表面取向。通過取向?qū)?16、118可以在胞上施加小的預(yù)先傾斜(未示出)。為了解釋，這些分子表示為長橢圓，異常折射率平行于分子長軸。在切換的狀態(tài)下，電場用來重新排列液晶分子，使透鏡胞中間的指向矢方向120基本上是豎直的。這引起經(jīng)過胞的折射率情況發(fā)生變化。在工作中，這樣的一種元件在例如薄膜晶體管(TFT)LCD的輸出偏振器上取向，如圖8a所示。如果顯示裝置線輸出偏振的透射方向122是0度，那么，該光入射到包括第二基底124的層104、114、115、118的第一平面基底124上。液晶材料在該基底上的取向方向平行于偏振器122的透射軸。光經(jīng)過雙折射材料并照射到包括表面102、108、110、116的透鏡基底126上。在OFF狀態(tài)，沒有電壓施加到胞，偏振光入射到液晶材料的異常軸上。聚合物的折射率設(shè)定為接近液晶材料的正常折射率，因此，在透鏡表面上形成了一個相位差。該透鏡作用在豎直偏振的光上，引起光輸出方向分布發(fā)生變化。這種相位結(jié)構(gòu)設(shè)定方式可以是，透鏡的焦距能夠使象素面基本成像于窗口面，象公知的自動立體3D顯示裝置和有方向性的觀看系統(tǒng)那樣。在亮度增強(qiáng)的觀看系統(tǒng)中，對于水平取向的柱狀微透鏡陣列127而不是豎直取向的透鏡，象素面的像生成于窗口面。在這種情況下，輸出偏振器123的取向方向如圖8b所示設(shè)定為橫向的，在面125e和表面起伏結(jié)構(gòu)127上的取向也設(shè)定為橫向的。在下面的描述中，將假設(shè)透鏡豎直取向。但是，相同的設(shè)備能夠適用于橫向取向的透鏡。在ON狀態(tài)，電壓施加在胞上，液晶材料平行于電場重新取向成圖7a、7b所示的方向120,使入射偏振態(tài)造成液晶的正常折射率。因為透鏡結(jié)構(gòu)108在折射率上基本匹配液晶材料的正常折射率，所以，在液晶透鏡中基本上看不到光學(xué)影響。在這種模式下透鏡對方向分布基本上沒有改變。因此，輸出的方向性與基本顯示裝置的輸出相同。在實際系統(tǒng)中，折射率的匹配可能不會是精確的，在某種程度上來說是不精確的，因此，會有少許殘留的光學(xué)影響。這種工作模式能夠用于2D或者顯示裝置的無變化輸出。有利的是，對于自動立體或者有方向性的顯示系統(tǒng)，上述情況使用戶能夠看到顯示裝置的全部象素，或者對于亮度增強(qiáng)的顯示系統(tǒng)能夠看到均勻照亮的窗口面。在圖7c所示的胞中，透鏡尖端接觸平面基底，電極位于表面起伏結(jié)構(gòu)上。在各表面上可以包含額外的絕緣層(沒示出)，防止電短路?？偟膩碚f，希望像圖7a和7b那樣在平面上包含電極，防止電短路，盡管這會增加胞上的驅(qū)動電壓。平面基底隨顯示裝置的輸出偏振取向的這樣的裝置，有利于針對兩種工作的方向分布，按相同的液晶模式工作(例如常白或者常黑)。折射率匹配條件的設(shè)定方式是，輸出的方向分布基本上不變。在實際中，21各向同性折射率和雙折射材料折射率中的一個折射率之間可能會有少許不同。但是，對于少許的折射率不同，光學(xué)輸出對這種不同較不敏感，因為象素面上眼點的尺寸與透鏡的尺寸相似。所以，折射率匹配的允差可以相對寬松些。例如，在某一加工后的系統(tǒng)中，555nm處各向同性折射率為1.56的材料NOA71與來自Merck的對應(yīng)正常折射率為1.52的E7—起使用。在2D-3D演示中，這種情況導(dǎo)致在使用時在2D模式下窗口面的強(qiáng)度有少許變化，但是沒有顯著影響2D圖像的質(zhì)量。扭曲能動透鏡胞在實際中，偏振顯示裝置的輸出偏振角度一般不設(shè)定為豎直的，這時由于液晶顯示裝置等顯示裝置可視角度性能的優(yōu)化造成的。例如，公知的常白透射型扭曲向列顯示裝置，其輸出偏振在45度角，而例如透反型和反射型顯示裝置的輸出角度接近20度。在現(xiàn)在所描述過的實施方式中，雙折射透鏡的輸入和輸出表面上的偏振態(tài)的輸出角度設(shè)定為零，這可能會與該角度不匹配。表面起伏結(jié)構(gòu)具有關(guān)聯(lián)的表面取向能，并與取向?qū)泳範(fàn)幎挂壕ОM(jìn)行取向。在曲率半徑最小的透鏡尖端附近，這種效果尤其重要。這會在液晶材料中在液晶指向矢方向不同的區(qū)域之間發(fā)生位錯。位錯會造成散射，增加光學(xué)串?dāng)_，減少透鏡對比度，增加馳豫時間，因此是不可取的。所以，優(yōu)選的是，使液晶材料在透鏡表面平行于透鏡陣列中柱狀透鏡光學(xué)幾何軸線進(jìn)行取向。一種方法是在平面和表面起伏面上生成平行于面板輸出偏振的取向?qū)?。這要求在透鏡表面起伏結(jié)構(gòu)上的取向?qū)硬黄叫杏谥鶢钔哥R的透鏡幾何軸線。在本發(fā)明的一個實施方式中，通過在能動透鏡輸入結(jié)合半波片等波片，能夠改變顯示裝置的輸出偏振。這能夠使輸出線偏振態(tài)在經(jīng)過能動透鏡前旋轉(zhuǎn)成豎直的。色散效果減小了的寬帶半波片和半波片是本領(lǐng)域公知的。由于材料和與裝置的裝配，波片會產(chǎn)生額外的成本，波片可以是彩色的，波片可具有附加的厚度。象素面和透鏡分開的距離決定了窗口到顯示裝置的距離，因此，增加窗口到顯示裝置的距離就會增加最佳觀看區(qū)到顯示裝置的距離。例如，兩觀看顯示裝置，其彩色子象素間距為80微米，可以使透鏡間距為基本上160微米，象素到透鏡的一般分開距離為900微米，包括500微米的顯示裝置基底厚度、200微米的輸出偏振器厚度、150微米的玻璃Microsheet厚度和50微米厚的液晶層。這個系統(tǒng)在距離顯示裝置480毫米處產(chǎn)生65毫米寬的窗口。如果增加200微米厚的波片，該距離將增加到585毫米。對于許多顯示裝置來說，這種名義觀看距離的增加是不可取的，尤其是對于移動顯示裝置。減小象素尺寸會進(jìn)一步增加觀看距離?？梢允褂帽〔ㄆ缤ㄟ^涂覆高度雙折射材料而制造的那些波片，這要增加額外的生產(chǎn)時間和材料。因此，引入額外的波片可能不是所希望的選擇。在期望制造的一種能動透鏡中，在3D模式下液晶材料在表面起伏結(jié)構(gòu)上的取向平行于透鏡幾何軸線，但是要將偏振旋轉(zhuǎn)功能引入透鏡裝置中，因此不再需要額外的波片或者重新設(shè)計顯示裝置來提供豎直輸出偏振。本發(fā)明的一個目的是，在透鏡的光學(xué)功率能夠使入射偏振態(tài)在能動透鏡的厚度上發(fā)生扭曲模式下，通過設(shè)定平面基底和透鏡基底上液晶材料取向間的角度，利用能動透鏡中導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)能動透鏡中的輸出偏振。因此，在改變方向分布的工作模式下，除了使雙折射材料的取向平行于柱狀透鏡的光學(xué)幾何軸線之外，能動透鏡還能夠?qū)碜燥@示裝置的輸出偏振進(jìn)行校正。這有著意料不到的好處，象通過考查例子系統(tǒng)所能夠看到的那樣。在該例子中，給定的自動立體3D顯示裝置使用折射率為1.56的各向同性材料和MerckLimited出品的異常折射率為1.75的E7液晶材料，得到最佳透鏡曲率半徑為130微米。該透鏡具有27.5微米的下沉。因此，在透鏡的最厚部分需要厚度至少這么大的液晶層。該層的光學(xué)厚度大于6微米，并且根據(jù)Gooch和Tarry關(guān)系處于強(qiáng)烈導(dǎo)向的狀態(tài)，接近Maugin極限。因此，在大部分透鏡區(qū)域上能夠方便地對偏振態(tài)進(jìn)行導(dǎo)向。對于正光焦度液晶透鏡，尖端厚度變小，因此，導(dǎo)向作用不那么有效。類似地，對于負(fù)光焦度液晶透鏡，透鏡中心厚度變小，因此，導(dǎo)向作用不那么有效。在胞最薄部分附近可以加上另外的均勻厚度液晶材料層，使液晶層能夠連續(xù)地引導(dǎo)偏振態(tài)，因此使裝置對比度最佳。圖8c示出了本發(fā)明的一個實施方式，用于自動立體顯示裝置，其使用輸出偏振器透射角度為45度的基本LCD200。顯示裝置的輸出入射到平面基底上，平面基底的表面上具有均一取向的正介電各向異性液晶材料。透鏡表面的取向?qū)悠叫杏谕哥R，因此是豎直的。于是，在透鏡中偏振態(tài)轉(zhuǎn)過45度，該偏振在透鏡表面入射到液晶材料的異常軸上，造成相位失配，并因此造成透鏡焦距失配。通過摻雜膽淄材料可以輔助胞內(nèi)材料的旋轉(zhuǎn)。為了補(bǔ)償取向?qū)痈浇A(yù)先傾斜的影響，在平面和表面起伏面上的取向方向在豎直方向可具有一個分解的取向方向分量，該分量是反平行的，這樣，胞在OFF狀態(tài)在結(jié)構(gòu)中具有基本均勻的預(yù)先傾斜。可選擇的，胞可具有豎直方向上的取向分量，這些分量是平行的或者反平行的。在這種情況下，可以提高響應(yīng)速度。在ON狀態(tài)，分子基本上被驅(qū)動為圖7b所示的豎直取向狀態(tài)，其中，分子取向120平行于施加的場。在這種情況下，透鏡中的偏振旋轉(zhuǎn)會減小，使得入射在透鏡表面上的偏振態(tài)不平行于透鏡幾何軸線。然而，該偏振態(tài)將取向為液晶折射率的正常分量，因此，透鏡會在折射率上基本匹配，而且基本上無光功率。在ON狀態(tài)，取向?qū)痈浇囊壕Р牧峡赡軙嬖跉埩舻膬A斜，對于入射偏振態(tài)這會引起透鏡焦距增加。通過減小液晶材料正常分量的折射率使其低于各向同性材料，能夠補(bǔ)償這種傾斜。因此能夠補(bǔ)償透鏡的總焦距。在OFF狀態(tài)，根據(jù)液晶材料異常折射率設(shè)定曲率半徑，來確定焦距。在本發(fā)明的所有實施方式中，第一基底上的取向?qū)拥娜∠蚩梢哉挥诙皇瞧叫杏谄耧@示裝置的輸入偏振態(tài)。這可以在第一工作模式下有利地改進(jìn)能動透鏡中偏振的導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)。圖8d中表示了這種情況。其中，在平面基底203上耳又向方向正交于面板輸出偏振200。透鏡陣列具有取向方向205。圖18示出了本發(fā)明的另一個實施方式，用于亮度增強(qiáng)的透反型顯示模式。光源252照射能動透鏡，該能動透鏡包括具有ITO涂層256的支撐基底254和各向同性微結(jié)構(gòu)258。取向?qū)?60形成在各向同性結(jié)構(gòu)158的表面上，液晶材料262夾在取向?qū)?60和表面上形成有ITO涂層266和取向?qū)?64的平面基底268之間?；?66可以例如是160微米厚的Microsheet。能動透鏡像使用在標(biāo)準(zhǔn)透反型顯示裝置中那樣放在偏振器和波片疊層270上。對應(yīng)的基底272和液晶層274形成在透反型的反射象素面276和有源矩陣底板284上，反射象素面276具有吸收區(qū)277、反射區(qū)278來反射入射光，具有透射區(qū)280來透射背光282的光。來自環(huán)境光源252(不是本設(shè)備的組成部分)的光照射顯示裝置。在第一工作模式下，透鏡為OFF狀態(tài)，因此具有聚焦功能。該光源因此被焦距在象素面276上。反射光由相鄰的透鏡匯集，并在該透鏡處聚焦到觀看者，如光線286所示。在顯示裝置前的限定窗口中，圖像會看起來更亮些。因為亮窗口之間分布著暗些的窗口，所以，整個亮度是守恒的。在透射模式下，來自限定透射區(qū)域的光類似地聚焦到窗口面，增加了圖像的視在亮度。前反射288對于有用光286來說沿著不同的方向，因此看不到。圖18的顯示裝置的工作情況表示在圖19中。入射光在透鏡262處被分解為兩個偏振態(tài)。在OFF狀態(tài)，受到透鏡聚焦的偏振態(tài)平行于透鏡幾何軸線292并旋轉(zhuǎn)經(jīng)過透鏡入射到平面基底294，因此，該偏振態(tài)平行于顯示裝置的偏振器295的透射軸入射，對于一般透反型顯示裝置來說可以例如是20度。該光透射到反射底板296，在該處受到顯示裝置的調(diào)制并經(jīng)偏振器298和平面基底300反射。光的第二旋轉(zhuǎn)發(fā)生的結(jié)果是由透鏡302向著觀看者290聚焦。在非透鏡化模式中，ON狀態(tài)液晶取向是，入射偏振在所有偏振中都經(jīng)歷液晶正常折射率。所以，透鏡實際上不起作用，光學(xué)輸出基本上沒有變化。在能動透鏡裝置中使用非零扭曲的進(jìn)一步優(yōu)點是，能夠減少胞的取向惡化。對于在上、下表面間取向的液晶來說，質(zhì)量下降產(chǎn)生于胞中液晶多個最小能量扭曲方向。如果有多個旋轉(zhuǎn)能量最小值，那么，就會有多個分子能夠順著通過胞的旋轉(zhuǎn)路徑，因此，導(dǎo)向效果不同，在胞的不同部分形成不同了透鏡性質(zhì)。使用旋轉(zhuǎn)抵消能夠允許在胞中存在單一的優(yōu)選分子旋轉(zhuǎn)路徑，因此，增加了胞的均勻性。按照這種方式，能動透鏡中偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)能夠優(yōu)化對于具體面板的透鏡性能，同時保持透鏡表面上的平行取向。該裝置對于透射光按照與反射光的反射路徑相同的方式工作。在圖20所示的又一個實施方式中，柱狀透鏡陣列可以相對于面板的象素列傾斜。為了增加視象的視在數(shù)量而使透鏡軸線相對于面板象素傾斜是本領(lǐng)域公知的，代價是增加了視像之間的串?dāng)_。在本發(fā)明中，希望能動透鏡的液晶取向在透鏡表面平行于透鏡幾何軸線。這種裝置可以有利地利用平面和表面起伏面之間的扭曲來實現(xiàn)扭曲。圖20所示的象素面304中，象素306按行、列布置。象素包含在透射型常白扭曲向列液晶顯示裝置中，具有45度的輸出偏振308。能動透鏡的平面基底310例如具有45度的取向方向，表面起伏透鏡312例如具有IO度的透鏡幾何軸線取向。在這個表面312上的取向?qū)臃较蛟O(shè)定在190度，這樣，平面基底上的取向?qū)釉谪Q直方向上具有反平行的分量。上述透鏡也可以取向成在表面起伏面上的曲率與圖中所示相反。在這種情況下，液晶透鏡最薄部分在透鏡的中心而不是尖端附近取向。這種透鏡由于透鏡象差增大而使波前質(zhì)量下降。垂面取向?qū)拥浆F(xiàn)在所描述的實施方式使用傳統(tǒng)的均一取向?qū)雍驼殡姼飨虍愋圆牧?。但是，為了使裝置在2D模式下工作，要求將電壓施加在胞上。在許多裝置中，2D模式可能用得更多些。裝置按3D模式工作來顯示2D圖像會給該顯示裝置的用戶造成不想要的贗像，因此是不可取的。于是，需要這樣一種元件總是維持在工作的切換狀態(tài)。與3D模式相比，這樣會造成裝置功耗增加。如果切換失敗，那么裝置將維持3D模式，這也是不可取的。為了使裝置能夠在OFF狀態(tài)工作在2D模式，光學(xué)微結(jié)構(gòu)材料108的折射率可設(shè)定為與液晶材料的異常折射率相同。由于聚合物和液晶材料能夠以低成本得到并且處理起來安全，因此這是不可取的。在上述例子中，E7是Merck出品的典型正介電各向異性材料，其中在550nm時異常折射率(ne)為1.75,An為0.22?？傻玫降木酆衔铮湔凵渎蚀笥?.6,但是這些材料會是有毒的、價格貴而且難以處理，因此是不可取的。另一種方式是，減小正介電各向異性液晶材料的ne來匹配更可接受的聚合物材料。但是，減小ne會減小材料的An。例如，MerckLimited的MLC3376，其ne為1.57,但是An僅為0.09。這種透鏡要求透鏡曲率小于100微米。因此，這種透鏡的下沉增加，方向顛倒，表面反射增加，象差變差，導(dǎo)致散射增加，光學(xué)串?dāng)_增大，響應(yīng)時間變長。這種透鏡也沒有那么強(qiáng)的導(dǎo)向作用，因此胞內(nèi)輸入偏振的旋轉(zhuǎn)沒那么有效。因此，對于多種一般用于形成透鏡結(jié)構(gòu)的聚合物來說，用各向同性材料與液晶材料折射率的正常分量而不是異常分量進(jìn)行折射率匹配，會更簡單、便宜，并能提供更高的性能。于是，使用均一取向、正介電各向異性液晶和容易得到的聚合物材料組合制成的能動透鏡裝置，將總的來說要求被驅(qū)動的2D工作模式。這種工作模式由于上述的原因而不可取。按圖9a和9b所示構(gòu)造的能動透鏡類似于圖7?；?02的表面上形成有電極110、112、光學(xué)微結(jié)構(gòu)108、垂面取向?qū)?28,而基底104在其表面上形成有電極114、115和垂面取向?qū)?30。這種胞用介電各向異性為負(fù)的液晶材料132填充。圖10a中描述了所述裝置的操作。顯示裝置的輸出偏振器提供平行于垂直方向的輸入線性偏振狀態(tài)方向136。垂面取向使指向矢基本正交于所述平面取向。在OFF狀態(tài)，如圖9中的在電極110下面的液晶材料取向124所示,偏振狀態(tài)入射到液晶材料上，并且造成液晶材料的正常折射率，其依次匹配于各向同性聚合物微結(jié)構(gòu)108的折射率。因此，在透鏡上沒有基本的相位階躍，并且透鏡對輸出方向分布基本沒有影響。在ON狀態(tài)，如圖9a和圖9b中電極112下面所示，液晶的負(fù)介電各向異性引起其取向132被調(diào)整從而在胞的中間的指向矢基本上位于基底的平面。因此存在由顯示器的輸出偏振造成的液晶的異常折射率的分量，并且在透鏡上生成了相位階躍。這樣的透鏡可以用于改變顯示器的方向分布并產(chǎn)生例如3D模式的操作。2D模式的操作，因此用于制造時更便宜和更簡單。在此實施例中，所述裝置的功率損耗僅當(dāng)該裝置處于3D模式操作時才存在。在ON狀態(tài)，電場牽引液晶分子使之與基底平行?？赏ㄟ^例如透鏡微結(jié)構(gòu)的表面能量使在透鏡表面的液晶材料的取向的偏置平行于幾何微透鏡軸。向。該取向特征可形成溝槽，該溝槽與形成于聚合物微結(jié)構(gòu)中的幾何微透鏡軸平行?？赏ㄟ^例如衍射光柵來形成該溝槽。所述衍射光柵可形成于微透鏡結(jié)構(gòu)的控制過程中，從而該衍射光柵可有利地形成于像透鏡一樣的復(fù)制過程中。平面基底還可具有均一的取向結(jié)構(gòu)以在ON狀態(tài)下偏置分子的取向?？蓪N狀態(tài)下的取向?qū)拥钠门帕袨橥ㄟ^所述胞提供偏振的旋轉(zhuǎn)從而顯示裝置的輸出偏振狀態(tài)被旋轉(zhuǎn)以基本上平行于幾何微透鏡軸。如圖10b中所示。例如45度的面板輸出偏振入射到平面基底上。在OFF狀態(tài)，可造成具有匹配于各向同性材料的正常折射率的垂面取向的液晶并且因此基本上不需旋轉(zhuǎn)。在ON狀態(tài)，雖然，取向?qū)?08具有均一的取向偏置從而液晶分子被取向為與面板的輸出偏振方向基本平行(或正交)。在透鏡上，均一取向偏置非平行于平面基底上的取向的垂直分量，并且因此通過所述胞提供旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)提供了與上面所述相同的優(yōu)點，尤其是允許具有標(biāo)準(zhǔn)顯示器的輸出偏振的透鏡的取向不需要附加波片或顯示器輸出偏振的其他更改，因此最大化了所述裝置的視角。本發(fā)明的另外實施例顯示在圖11和圖12中。在該配置中，在平面基底上的取向?qū)?34是均一取向?qū)?，它使液晶取向平行于基底。在OFF狀態(tài)，入射偏振在靠近平面基底的材料136中造成異常的折射率。然而，靠近透鏡表面的材料138垂面取向，從而偏振狀態(tài)在表面起伏區(qū)域造成基本正常的折射率。由于聚合物折射率基本匹配于液晶材料的正常折射率，因此基本上不存在相位階躍并且透鏡不具有功能。為了在接近于均一取向?qū)拥膮^(qū)域中#卜償透鏡的附加功率，液晶的正常折射率可比聚合物材料的折射率低。透鏡曲率通過液晶材料的異常折射率和聚合物的折射率來設(shè)置。在ON狀態(tài)，負(fù)介電各向異性材料重新取向從而指向矢140通過整個胞基本上平行于基底，并且偏振狀態(tài)造成液晶材料的異常折射率。在透鏡上的相位階躍隨之出現(xiàn)，引起更改的方向分布和3D模式操作。這可通過圖lla和圖lib中在電極112下面的指向矢取向140示出。在透鏡表面上的各自的取向?qū)由系拇姑嫒∠蚝途蝗∠虻慕Y(jié)合可用于形成如圖13所示的雙穩(wěn)態(tài)透鏡。除了在兩種狀態(tài)之間切換，該透鏡不需提供功率。用于像素強(qiáng)度切換應(yīng)用的平面胞已在"GratingalignedbistableNematicdevice",Gb.Bryan-Brown,C.v.Brown，J.C.Jones，E丄.Wood，I.C.Sage，P.Brett,J.RudinSID97Digestpp37-40中進(jìn)行了描述。光柵和垂面取向?qū)拥慕Y(jié)合用于產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)胞。在第一電極區(qū)域110中，橫跨所述胞驅(qū)動了脈沖從而材料與橫跨所述胞的垂面取向?qū)右恢碌娜∠颉Ｈ缓?，入射線性偏振狀態(tài)造成液晶材料146的正常折射率，并且沒有透鏡結(jié)構(gòu)被分解。如果加載直流電壓脈沖，那么在透鏡表面上的液晶取向被更改從而指向矢148平行于光柵表面放置。因此在透鏡表面的區(qū)域，偏振狀態(tài)造成液晶材料的異常折射率并且透鏡被分解。如果光柵的能量的表面被設(shè)置以相似于垂面取向?qū)拥谋砻婺芰浚敲此鲅b置可為雙穩(wěn)態(tài)并且所述裝置在2D和3D模式下都將被非驅(qū)動。通過應(yīng)用正的或負(fù)的電壓脈沖使所述裝置在2D和3D模式之間切換。在上述實施例中，垂面取向?qū)颖挥迷谕哥R表面上從而在第一非驅(qū)動模式中，入射偏振狀態(tài)造成匹配于所述聚合物的液晶的正常折射率。通過使用正常折射率，標(biāo)準(zhǔn)聚合物材料可用在裝置制造中，由于相位結(jié)構(gòu)生成于透鏡表面，透鏡的平面可使用垂面取向或者均一取向。外部偏振器能動透鏡裝置現(xiàn)有技術(shù)顯示器沒有公開在偏振輸出顯示系統(tǒng)中所述能動透鏡與偏振器的相對位置。如圖14所示，能動透鏡可包括基底211、平面基底取向?qū)雍虸TO涂層212以及透鏡基底取向?qū)雍虸TO涂層214、雙折射材料218和各向同性材料220以及最后的基底216,基底211可以是例如具有150微米或更小的厚度的微片玻璃或塑料材料基底。該結(jié)構(gòu)可放置在顯示器的輸出偏振器之后。已通過顯示器偏振器分析了強(qiáng)度，因此透鏡僅操控輸出光線的定向性。由于輸出偏振器的厚度，使得這樣的系統(tǒng)會遭受視像距離的增加?？梢酝ㄟ^如圖15所示將偏振器放置在所述裝置的能動透鏡之后來減小所述系統(tǒng)的觀察距離。在這種情況下，LCD偏振仍不得不由輸出偏振器82來分析，但首先通過能動透鏡211-220。圖16中示出了顯示器的操作。例如，如果顯示器是通過輸出偏振器將正常白輸出偏振角222設(shè)置為O度的液晶顯示器，平面基底具有取向角度224設(shè)置為O度的均一取向。在透鏡OFF狀態(tài)，從LCD來的白狀態(tài)光線通過透鏡從而入射到柱面透鏡陣列上的偏振226平行于幾何透鏡軸。該光線隨后被傳播通過輸出偏振器228，傳播方向為O度。在透鏡ON狀態(tài)，電場被加載在所述胞上并且正介電各向異性材料被重新取向以基本上與所述胞的基底正交。偏振狀態(tài)因此造成透鏡的正常折射率并且沒有授予透鏡功能。輸出偏振狀態(tài)經(jīng)過輸出偏振器。由于輸出偏振器的對比損失，在透鏡胞中具有非零度偏振旋轉(zhuǎn)的裝置中操作這樣的構(gòu)造將不方便。需要附加一個或更多波片以旋轉(zhuǎn)顯示器的輸出偏振?？捎欣貙⒉ㄆ圃斓帽绕衿鞅　Ｔ谕哥R胞中的對比損失也可適用于降低最終圖像的對比度。外部偏振器實施例另外還具有這樣的優(yōu)點，即在外圍光線的透鏡的可見度降低了。入射到顯示器的前側(cè)的外部光源通過輸入偏振器，在透鏡和具有相位階躍的其他表面上經(jīng)受菲涅爾反射，(例如從諸如ITO的反射涂層)并隨之返回通過輸出偏振器。因此，外部偏振器吸收在每個方向通過的光線的偏振，并且因此降低透鏡的反射從而有利地提高顯示器的對比度。有利地，這樣的元件可與具有高偏振切換效率的液晶模式一起使用以使該模式的對比度最優(yōu)化。在一些裝置中，如傳送式常白扭曲向列液晶，ON模式(參照生成最大白電平的偏振狀態(tài))具有相對于黑狀態(tài)的卯度旋轉(zhuǎn)。因此可以僅從ON狀態(tài)分解通過透鏡的偏振狀態(tài)。在其他裝置中，如混合扭曲向列裝置，ON偏振狀態(tài)可不正交于黑狀態(tài)。這樣的裝置可使在內(nèi)部能動透鏡構(gòu)造中的對比度降低。在其中除了偏振器外還將波片用于光學(xué)輸出的系統(tǒng)中，如在許多反射液晶顯示器中，所述波片可位于像素平面和能動透鏡裝置之間從而從所述顯示器的輸出是基本線性的。圖21顯示了本發(fā)明的另外實施例。諸如聚合物電致發(fā)光顯示器的發(fā)光顯示器包括其上形成有發(fā)光像素316-330的基底314。發(fā)光像素可以是非偏振的、部分偏振的或偏振的，該偏振具有線性輸出偏振方向，其被取向以提供通過顯示器的元件的剩余物的最優(yōu)傳播。發(fā)光顯示器的背基底(countersubstrate)332具有附著的能動透鏡元件。能動透鏡包括，例如微片334、ITO電極336、342、可切換雙折射材料338和各向同性表面起伏結(jié)構(gòu)340,以及支撐基底344。最終輸出偏振器346連接于平行于透鏡陣列的幾何軸的傳播方向。在OFF狀態(tài)，液晶材料從像素接收光線并且用于垂直偏振狀態(tài)(從紙的平面向外)，產(chǎn)生了折射結(jié)構(gòu)中的相位不匹配，因此透鏡具有光學(xué)功能。該偏振狀態(tài)被傳播通過輸出偏振器346。因此能動透鏡可位于像素平面和輸出偏振器之間，有利地減小了顯示的視像距離。在ON狀態(tài)，分子重新取向從而被傳輸通過偏振器346的輸出偏振造成液晶材料338的正常折射率，并且沒有造成透鏡功能。這樣，偏振器344適用于結(jié)合清理偏振器和透鏡分析偏振器的功能。偏振發(fā)光顯示器發(fā)光顯示器，如包括聚合物的無機(jī)和有機(jī)電致發(fā)光顯示器和小分子有機(jī)電致發(fā)光顯示器，典型地生成非偏振光學(xué)輸出。然而，方向分布光學(xué)切換系統(tǒng)可依靠偏振切換來使顯示器能夠在第一模式和第二模式之間被重新配置，第一模式可以是例如Lambertian,第二模式可以是例如自動立體3D窗口。因此當(dāng)與偏振方向分布光學(xué)切換系統(tǒng)結(jié)合時，非偏振顯示器將顯示偏振損失。本發(fā)明的一個目的是通過將偏振發(fā)光顯示器的輸出偏振與包括能動透鏡的方向分布光學(xué)切換系統(tǒng)的輸入偏振狀態(tài)一起取向來在發(fā)光顯示器中提供高光學(xué)效率。可在顯示器的發(fā)光像素中通過發(fā)光材料的單軸取向的載色體來獲得偏振取向。在雙折射顯微透鏡中，偏振輸出的主軸的取向方向可被設(shè)置為與雙折射材料的取向方向協(xié)同。這樣，可獲得使用能動透鏡的高效的發(fā)光方向分布光學(xué)切換顯示器。這樣的顯示器與LCD顯示器相比具有附加的優(yōu)點，例如不需背光并且因此可制造得更薄更輕，這對移動應(yīng)用是很重要的。可使用任何類型的提供偏振輸出的偏振發(fā)光顯示器。例如，可以是如Non-contactPhotoalignmentLayer"，A.E.A.Contoret，S.R.Farrar，RO.Jachson,S,M.Khan,L.May,M.O'Neill,J.E.Nicholls,S.M.Kelly和G丄Richards，Adv.Mater.2000,12，No.l3，July.5p971中所描述的偏振有機(jī)電致發(fā)光顯示器。這表明在實際系統(tǒng)中可以獲得ll:1的偏振效率。圖17顯示了本發(fā)明的實施例。像素230-244的陣列形成于顯示器基底246上?；?46可包括尋址薄膜晶體管和電極的陣列從而可通過電信號來對每個像素獨立地尋址。薄膜晶體管可以是無機(jī)的或者可以在有機(jī)材料中被實施?？蛇x地，可通過被動尋址方案來尋址所述像素，在該被動尋址方案中尋址晶體管不需要出現(xiàn)在所述像素處。像素230-244的每一個包括發(fā)光區(qū)域，在該發(fā)光區(qū)域中包括載色體的發(fā)光材料被單軸地取向從而對整個像素發(fā)光偏振是基本上線性的并且基本上在相同的方向上。每個像素被取向為基本上具有相同的偏振方向。發(fā)光材料可以是例如聚合物電致發(fā)光材料或小分子電致發(fā)光的覆蓋基底248被附于所述像素?；?48可結(jié)合障肋層和對比增強(qiáng)型黑掩膜層?？蛇x的偏振器250可附于基底248?？蛇x地，可將偏振器材料結(jié)合到或接近像素平面，例如基底248的內(nèi)表面。例如，一個已知的偏振有機(jī)電致發(fā)光顯示器具有11:1的偏振比率。通過與具有45%的偏振效率的典型的偏振器的結(jié)合，與結(jié)合于掃尾(clean-up)偏振器的非偏振光源的45%相比，光源的全部生產(chǎn)能力將是82.5%。能動雙折射微透鏡212-220形成于偏振器250的表面。為了從切換胞切換輸出偏振，對液晶胞加載了電壓。圖17的設(shè)備以下列方式運轉(zhuǎn)。從偏振發(fā)光像素陣列230-244來的輸出偏振被線性偏振器250所清除，該線性偏振器250具有平行于發(fā)光材料的偏振方向的主軸的傳播方向。該偏振狀態(tài)的取向平行于在其OFF狀態(tài)的雙折射透鏡218中的液晶材料的取向方向。該折射率不同于各向同性材料40的折射率，并且因此這里有透鏡效應(yīng)。在第二模式，材料218被加載的場重新取向從而在透鏡表面對于各向同性材料基本上沒有折射率階躍，并且透鏡不具有光學(xué)功能。這在對于2D模式的光學(xué)輸出的方向分布中引起了變化。可布置透鏡以在窗口平面上生成像素平面的圖像。擴(kuò)大最優(yōu)運行溫度的范圍現(xiàn)在將描述對擴(kuò)大最優(yōu)運行溫度的范圍的考慮。這些考慮適用于上述所有能動雙折射透鏡陣列并且通常適用于通過控制電極上的電壓來運行于兩個模式下的任何其他雙折射透鏡陣列。所述顯示器的性能可隨著運行溫度而變化。這可被歸因于雙折射材料的正常和異常折射率以及各向同性材料的折射率隨溫度的變化。圖22中示意性地顯示了對于液晶和聚合物材料的典型結(jié)合的折射率350相對溫度352的變化。當(dāng)達(dá)到向列到各向同性的躍遷溫度時，正常折射率356趨向于增加，而異常折射率354減小。在向歹'j-各向同性躍遷溫度360之上，雙折射材料折射率變得匹配。如所示，聚合物折射率358可隨溫度減小。圖22中所示的系統(tǒng)顯示了典型材料系統(tǒng)的情況，其中對于正介電各向異本應(yīng)用中的別處所述，這樣的系統(tǒng)典型地需要將電壓加載到所述胞以允許操作的2D模式，在該模式中聚合物和正常折射率基本上匹配。在其他材料系統(tǒng)中，聚合物折射率356可基本上匹配于雙折射材料的異常折射率，在這種情況下下述考慮仍然適用mutatismutandis。典型地，設(shè)計運行溫度362為室溫，例如在20-25°〇范圍內(nèi)，優(yōu)選2(TC。在零電壓折射率匹配點386，聚合物折射率與正常折射率356相等，可根據(jù)材料的精確選擇來選擇該零電壓折射率匹配點368作為設(shè)計參數(shù)。典型地，零電壓折射率匹配點368被設(shè)置為設(shè)計運行溫度。然而，應(yīng)該理解，將零電壓折射率匹配點368偏置到更高的溫度是有益處的，如下。首先，考慮到顯示設(shè)備更經(jīng)常地使用在比正常設(shè)計溫度20。C高的溫度下。因此，在顯示設(shè)備的典型使用的更大比例下，將聚合物材料的折射率恰好等于雙折射材料的折射率中的相關(guān)的一個時的溫度提高實際上使聚合物材料的折射率更接近于雙折射材料的折射率中的相關(guān)的一個。對于在其中在設(shè)計溫度362雙折射透鏡材料的正常折射率356基本匹配于聚合物折射率358的系統(tǒng)，當(dāng)溫度增加時，可喪失折射率匹配條件。這可以通過將聚合物折射率設(shè)置在室溫下的正常和異常折射率之間從而對于2D模式在窗口平面造成強(qiáng)度的可接受地低的變化來克服。如上所述，對于理想的運行溫度的典型范圍，當(dāng)運行溫度升高時，液晶正常折射率356向著聚合物折射率358升高從而基本上接近折射率匹配條件以滿足2D透鏡性能要求的溫度范圍被擴(kuò)大。其次，現(xiàn)在將描述一種設(shè)備，如圖23所示，它可用于為溫度的變化而進(jìn)一步補(bǔ)償所述裝置的性能。溫度傳感器370或手動用戶調(diào)節(jié)372被用于設(shè)置驅(qū)動橫跨透鏡胞376的電壓的電壓控制器374。因此在2D模式，可橫跨透鏡加載小的電壓。手動用戶調(diào)節(jié)可通過直接電調(diào)整或者通過對控制電壓的應(yīng)用軟件的用戶輸入來實現(xiàn)。在直到設(shè)計運行溫度362之上的界限值的整個溫度范圍中，優(yōu)選地至少為25°C,聚合物折射率358被設(shè)置于正常折射率358和異常折射率354之間。在此特定實施例中，所述界限是零電壓折射率匹配點368。在此溫度范圍上，電壓控制器374可補(bǔ)償在第二模式(2D模式)中的溫度的變化，因此擴(kuò)大了有效溫度運行范圍。圖24示意性的顯示了在這種裝置中的折射率的變化。有效折射率是由通過雙折射透鏡到觀察者的偏振狀態(tài)所造成的合成折射率。有效折射率是雙折射材料的正常和異常折射率的分解的分量。如果在雙折射材料上加載電壓，變，并且因此有效折射率變化。在所給的例子中，在設(shè)計運行溫度362，如果電壓^^皮加載以完全切換雙折射材料，則當(dāng)其通過透鏡時由入射偏振狀態(tài)造成的有效折射率比聚合物折射率低。如果減小的電壓被加載，當(dāng)偏振狀態(tài)開始造成雙折射材料的異常折射率的分量時，通過偏振造成的有效折射率將增大如箭頭364所示的量。如果在標(biāo)準(zhǔn)運行溫度聚合物折射率358被設(shè)置在液晶的正常折射率之上，那么在運行溫度透鏡中的有效折射率將因此被控制以匹配于聚合物折射率358。如果調(diào)整電壓使之匹配于在溫度范圍內(nèi)的運行溫度，例如在如箭頭366所示的溫度，那么可擴(kuò)大第二模式的運行溫度。在溫度368，沒有加載電壓以獲得折射率匹配條件?？赏ㄟ^溫度傳感器370的自動反饋，或者通過輸入372的手動校正來設(shè)置電壓信號374以最優(yōu)化所述顯示器的性能。同樣地，可擴(kuò)大在第一模式(3D模式)的運行溫度范圍，如圖25中所示。當(dāng)溫度352增大時，所述材料的異常折射率354將減小，因此降低了透鏡光功率。透鏡陣列的功率由透鏡的曲率半徑的選擇來控制，在直到設(shè)計運行溫度362之上的界限值的整個溫度范圍中，優(yōu)選地至少為25。C，可設(shè)置透佳焦點所需的功率。在此溫度范圍之上，電壓控制器374可補(bǔ)償在第一模式(3D模式)的溫度變化，因此擴(kuò)大了有效溫度運行范圍。在此特定的實施例中，如果沒有電壓被加載在所述胞上，透鏡的光功率比在室溫下最優(yōu)性能所需的光功率略微大一些?？蓪λ霭虞d調(diào)整的功率以獲得最優(yōu)透鏡運行。這由箭頭370示出，其中通過偏振狀態(tài)在透鏡中造成的有效折射率下降到折射率372的位置。當(dāng)溫度增大時，在透鏡中的有效折射率將下降，從而所需折射率下降374更小，并且驅(qū)動電壓可被降低以保持透鏡的光學(xué)性能。如圖23所示的相同的控制系統(tǒng)可用于通過設(shè)置最佳顯示器焦點來使所述系統(tǒng)的性能最優(yōu)化。在運輸?shù)阶罱K用戶之前可為顯示器確定在溫度范圍上的最佳焦,泉的標(biāo)度。透鏡的最佳焦點由透鏡光功率和從空間光調(diào)制的像素平面的透鏡的分離來確定。透鏡的最佳焦點可由例如本領(lǐng)域所公知的近軸焦點、最小軸上光斑尺寸、場平均光斑尺寸、最小軸上均方根光程差、或最小場均方^^艮光程差來定義?？蛇x地，最佳焦點可關(guān)于在像素平面的眼點的尺寸(即在^f象素平面的名義上的人的圖像的尺寸)來確定。通?？赏ㄟ^最小化眼點的尺寸來設(shè)置最佳焦點?？蛇x地，最佳焦點可不同于在像素平面的最小眼點。例如，最佳焦點眼點尺寸可大于在像素列之間的間隙從而合成光點用于使由于所述列之間的間隙的成像引起的窗口平面中的強(qiáng)度差別模糊?？蛇x地，最佳焦點可由顯示器的視覺觀測來確定，從而當(dāng)觀察者相對于顯示器橫向地移動時在顯示器表面造成的邊緣的視覺外觀被最優(yōu)化以用于顯示器的最佳感知外觀。最佳焦點設(shè)置可以是在顯示器上的用戶設(shè)置，以允許用戶改變顯示器外觀以最好地滿足他們的個人偏好。如果透鏡結(jié)合了垂面取向?qū)雍途哂胸?fù)介電各向異性的雙折射材料，那么對于3D運行需要更大的驅(qū)動電壓。在這種情況下，通過增大驅(qū)動電壓來最優(yōu)化2D模式從而有效折射率向著聚合物折射率增大。在3D模式，驅(qū)動電壓減小從而有效折射率下降以獲得最佳焦點位置。還可設(shè)置聚合物折射率使之接近于，但是小于雙折射材料的異常折射率。在這種情況下，有效折射率的微小變化將產(chǎn)生折射率匹配，反之驅(qū)動電壓的減小可用于在3D模式中增大有效折射率并且因此產(chǎn)生用于最佳焦點的折射率階躍。這樣，通過將聚合物折射率設(shè)置在正常和異常折射率之間可以有利地擴(kuò)大顯示器的運行范圍。另外，通過將透鏡的曲率半徑設(shè)置得小于在設(shè)計運行溫度下的最優(yōu)化的相應(yīng)透鏡可以有利地最優(yōu)化3D模式的運行溫度范圍。在其中透鏡結(jié)合扭曲的本發(fā)明的實施例中還需要進(jìn)一步補(bǔ)償。在透鏡中的扭曲的數(shù)量可由偏移驅(qū)動電壓來確定。因此，小的偏移驅(qū)動電壓可在透鏡中引起比沒有驅(qū)動電壓時出現(xiàn)的少的扭曲?？蛇x的，最大驅(qū)動電壓的偏移可引入在其它情況下不會出現(xiàn)的扭曲。為了消除扭曲的影響，期望使用波片以補(bǔ)償平面輸出偏振方向。可選地，在所述裝置中的設(shè)計扭曲可在加工中被設(shè)置以最優(yōu)化，從而當(dāng)偏移電壓被加載時在設(shè)計運行溫度下正確的所得的扭曲出現(xiàn)在透鏡胞中。權(quán)利要求1.一種顯示設(shè)備，包括發(fā)光型空間光調(diào)制器，布置成在所述空間光調(diào)制器的每個象素輸出基本上線偏振的光；電可切換雙折射透鏡陣列，布置成接收來自所述空間光調(diào)制器的光。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示設(shè)備，其中，所述透鏡陣列能夠在第一模式和第二模式間電切換，所述透鏡陣列在所述第一模式能夠改變按預(yù)定方向偏振的入射光的方向分布，在所述第二模式對于按所述預(yù)定方向偏振的入射光基本上沒有作用。全文摘要提供一種可切換的雙折射柱面透鏡陣列及具有該可切換雙折射透鏡陣列的顯示設(shè)備。該顯示設(shè)備包括發(fā)光型空間光調(diào)制器，布置成在所述空間光調(diào)制器的每個象素輸出基本上線偏振的光；電可切換雙折射透鏡陣列，布置成接收來自所述空間光調(diào)制器的光。文檔編號G02F1/01GK101216613SQ20081000203公開日2008年7月9日申請日期2004年2月4日優(yōu)先權(quán)日2003年2月5日發(fā)明者喬納森·哈羅德,格雷厄姆·約翰·伍德蓋特申請人:奧奎帝有限公司